(57)【要約】【課題】  被験者の生体情報を圧力変動信号として高感度圧力センサによって検出する場合、低い周波数成分で大振幅の圧力ノイズに起因する生体情報検出不能を回避した生体情報検出装置を実現する。【解決手段】  被験者の生体情報を圧力変動信号として導出する手段を介して検出する生体情報検出装置において、  前記圧力変動信号を受ける所定の伝達関数を有するフィルタ手段と、  このフィルタ手段の出力を受ける差圧センサと、を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の生体情報を圧力変動信号として導出する手段を介して検出する生体情報検出装置において、
前記圧力変動信号を受ける所定の伝達関数を有するフィルタ手段と、
このフィルタ手段の出力を受ける差圧センサと、
を備えたことを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、所定長の管路と、この管路に接続される所定容積の容器とにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
【請求項３】
前記フィルタ手段は、所定長の第１管路及び第２管路と、これら管路に接続される所定容積の第１容器及び第２容器により形成されることを特徴とする請求項２に記載の生体情報検出装置。
【請求項４】
前記第１管路は前記第２管路よりも管径が小さく、前記第１容器は前記第２容器より大の容積を持つことを特徴とする請求項３に記載の生体情報検出装置。
【請求項５】
前記第１管路及び第２管路は、夫々が接続される前記第１容器及び第２容器内に延長されて所定の流体抵抗を形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の生体情報検出装置。
【請求項６】
前記第１容器及び第２容器は、前記差圧センサの入力部に結合されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項７】
前記フィルタ手段は、１個の所定長の管路と、この管路に接続される１個の所定容積の容器よりなり、
前記差圧センサの一方の入力部は前記フィルタ手段の出力を受け、他方の入力部は前記圧力変動信号を直接受けることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体情報検出装置。
【請求項８】
前記容器は、前記差圧センサの一方の入力部に結合されていることを特徴とする請求項７に記載の生体情報検出装置。
【請求項９】
前記差圧センサの他方の入力部は、前記圧力変動信号を導出する手段に結合されていることを特徴とする請求項７に記載の生体情報検出装置。
【請求項１０】
前記差圧センサは、コンデンサマイクロフォンにより形成されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の生体情報を圧力変動信号として導出する手段を介して検出する生体情報検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被験者の生体情報を圧力変動信号として導出する手段を介して検出する生体情報検出装置に関連する先行技術文献としては、次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５８６５３号公報
【０００４】
【非特許文献１】計測自動制御学会論文集Vol.36 No.11 P894/900 (2000)          「エアマットレス型無拘束生体計測の実用化研究」
【０００５】
図１３は特許文献１に開示されている従来の生体情報検出装置の一例を示す機能ブロック図である。１は被験者の生体情報を圧力変動信号として導出する手段であり、マットレス，エアマット，エアバッグ，運転席シート等である。
【０００６】
２は広帯域・高感度の圧力センサであり、圧力変動信号導出手段１から導かれる圧力信号Ｐｉを圧力測定信号Ｅｉに変換する。３は信号処理装置であり、圧力測定信号Ｅｉを入力してデータ処理し、処理結果を表示装置４に表示する。
【０００７】
信号処理装置３において、３１はフィルタ手段であり、入力される圧力測定信号Ｅｉの交流分に対してバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタにより所定の周波数成分を分離して抽出する。抽出された信号は、Ａ／Ｄ変換器３２によりデジタル化されてデータ処理ユニットで演算処理される。
【０００８】
図１４は、非特許文献１のＦｉｇ３に開示されている生体情報検出システム及び信号波形図である。１０は、内部の圧力変化を外部に取り出し可能に設計されたエアマットレス、２０はその上に敷かれた通常の蒲団、３０はこの蒲団上で就寝している被験者である。
【０００９】
４０は無拘束型のセンサであり、具体的には高帯域・ 高感度の圧力センサで実現されており、エアマットレス１０内の微小な圧力変動を検出する。５０はフィルタ手段であり、低周波帯域のフィルタ５０ａ、中周波帯域のフィルタ５０ｂ、高周波帯域のフィルタ５０ｃ並びに各フィルタの出力のゲインコントローラよりなる。
【００１０】
低周波帯域のフィルタ５０ａは、圧力変動信号から呼吸（Respiration）情報を抽出し、ゲインコントローラを経て信号処理部８０に出力する。中周波帯域のフィルタ５０ｂは、圧力変動信号から心拍（Heart beating）変動情報を抽出し、ゲインコントローラ及び整流平滑回路６０を経て信号処理部８０に出力する。高周波帯域のフィルタ５０ｃは、圧力変動信号からいびき（Snoring）情報を抽出し、ゲインコントローラ及び整流平滑回路７０を経て信号処理部８０に出力する。
【００１１】
下段の波形図は、信号処理部８０の処理結果得られる計測データの波形図であり、（Ａ）は呼吸情報、（Ｂ）は心拍変動情報、（Ｃ）はいびき情報をそれぞれ示している。このような無拘束型のセンサと電気的なフィルタ手段による信号処理により、無拘束で被験者の各種生体情報を得ることが可能であり、これら生体情報に基づいて睡眠段階を推定演算することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
運転席シートより圧力変動信号として導出されるドライバの生体情報（心拍信号）に基づいて、睡眠状態を推定演算して監視する居眠り運転防止システム等の車載環境に従来の生体情報検出装置を適用した場合には、次のノイズ問題がある。
（１）エンジンノイズによる影響
（２）ロードノイズによる影響
【００１３】
エンジンノイズはエンジンの回転によって発生するノイズであり、商用電源ノイズと似ているが多少周期性をもっている。その周波数はエンジンの周波数の０．５次成分が基本周波数の数ｋＨｚとなる。よって、１Ｈｚ付近の心拍信号を取り扱う生体情報検出装置では電気的フィルタ手段でエンジンノイズ成分を除去可能であり、大きな影響はない。
【００１４】
しかしながら、走行中のロードノイズは、極めて低い周波数成分で大振幅を有するので、高感度の圧力センサを用いた場合にはセンサを構成する可撓性の受圧面が容量を形成する対向電極に押し付けられて飽和し、心拍信号を含む微小レベルの生体情報を検出できなくなる。
【００１５】
図１３、図１４に示したマットレスを介した被験者の生体情報検出装置でも、低い周波数成分で大振幅を有する体動が発生した場合には同様の飽和現象が発生し、体動中は心拍、呼吸等の他の情報を検出できなくなる。しかしながら体動も生体情報として必要なので、体動発生時には圧力センサが飽和しないレベルに感度を落としたいが、従来の圧力センサではその対応ができない。
【００１６】
従って本発明が解決しようとする課題は、被験者の生体情報を圧力変動信号として高感度圧力センサによって検出する場合、低い周波数成分で大振幅の圧力ノイズに起因する生体情報検出不能を回避した生体情報検出装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）被験者の生体情報を圧力変動信号として導出する手段を介して検出する生体情報検出装置において、
前記圧力変動信号を受ける所定の伝達関数を有するフィルタ手段と、
このフィルタ手段の出力を受ける差圧センサと、
を備えたことを特徴とする生体情報検出装置。
【００１８】
（２）前記フィルタ手段は、所定長の管路と、この管路に接続される所定容積の容器とにより形成されていることを特徴とする（１）に記載の生体情報検出装置。
【００１９】
（３）前記フィルタ手段は、所定長の第１管路及び第２管路と、これら管路に接続される所定容積の第１容器及び第２容器により形成されることを特徴とする（２）に記載の生体情報検出装置。
【００２０】
（４）前記第１管路は前記第２管路よりも管径が小さく、前記第１容器は前記第２容器より大の容積を持つことを特徴とする（３）に記載の生体情報検出装置。
【００２１】
（５）前記第１管路及び第２管路は、夫々が接続される前記第１容器及び第２容器内に延長されて所定の流体抵抗を形成することを特徴とする（３）又は（４）に記載の生体情報検出装置。
【００２２】
（６）前記第１容器及び第２容器は、前記差圧センサの入力部に結合されていることを特徴とする（２）乃至（５）のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【００２３】
（７）前記フィルタ手段は、１個の所定長の管路と、この管路に接続される１個の所定容積の容器よりなり、
前記差圧センサの一方の入力部は前記フィルタ手段の出力を受け、他方の入力部は前記圧力変動信号を直接受けることを特徴とする（１）又は（２）に記載の生体情報検出装置。
【００２４】
（８）前記容器は、前記差圧センサの一方の入力部に結合されていることを特徴とする（７）に記載の生体情報検出装置。
【００２５】
（９）前記差圧センサの他方の入力部は、前記圧力変動信号を導出する手段に結合されていることを特徴とする（７）に記載の生体情報検出装置。
【００２６】
（１０）前記差圧センサは、コンデンサマイクロフォンにより形成せれたことを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）差圧センサの受圧面に大振幅の低周波圧力は受けないので、高感度の圧力センサを使用した場合でも飽和現象が発生しない、
（２）従って、車積載用としてはロードノイズの影響を受けないでドライバの生体情報を高感度で検出することができる。
（３）被験者がマットレス上で就寝する場合、体動による圧力センサの飽和現象回避でき、体動中でも心拍、呼吸等の生体情報を高感度で検出できる。
（４）じょくそう予防用具、体位変換器の動作時に発生する音の影響を防止できるので、一緒に使用することが可能になる。
（５）周囲の音響機器等から発生する音の影響を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１乃至図１１は、本発明を適用した生体情報検出装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。本発明の構成上の特徴は、被験者の生体情報を圧力変動信号として検出する生体情報検出装置において、圧力変動信号を受ける所定の伝達関数を有するフィルタ手段と、このフィルタ手段の出力を受ける差圧センサとを備えた点にある。
【００２９】
具体的には、フィルタ手段は、所定長の管路と、この管路に接続される所定容積の容器とにより形成されている。図１乃至図６は、２本の管路とこれら管路に接続される２個の容器を有する実施形態を示す。図７乃至図１１は、１本の管路とこの管路に接続される１個の容器を有する実施形態を示す。
【００３０】
図１は、本発明を適用した生体情報検出装置の基本構成を示す機能ブロック図である。圧力変動信号導出手段１００と差圧センサ２００を結ぶフィルタ手段は、所定長の第１管路３００とこの管路に接続される所定容積の第１容器４００並びに所定長の第２管路５００と、これに接続される所定容積の第２容器６００により形成されている。
【００３１】
第１管路３００は第２管路５００よりも管径が小さく、第１容器４００は第２容器６００より大の容積を持つ。従って、第１管路３００と第１容器４００よりなるフィルタ手段ＦＬ１の時定数は、第２管路５００と第２容器６００よりなるフィルタ手段ＦＬ２の時定数よりも大に設計されている。
【００３２】
この実施形態では、圧力変動信号導出手段１００からの圧力信号Ｐｉは太い管径を有する第２管路５００より導出され、細い管径の第１管路３００は第２管路の途中から分岐している。
【００３３】
更に、第１管路３００及び第２管路５００は、夫々が接続される第１容器４００及び第２容器６００内に延長されて延長部３００ａ及び５００ａを形成している。この延長部の長さを調節することで流体抵抗を変化させ、フィルタの特性を調節することができる。管の長さを稼ぐために、容器の中にも管を入れることにより、管が邪魔にならない利点がある。
【００３４】
所定長の管路とこの管路に接続される所定容積の容器よりなるフィルタ手段は、電子回路の抵抗（ｒ），インダクタンス（Ｌ），キャパシタンス（Ｃ）の直列回路と等価である。抵抗成分とインダクタンス成分は、使用する管路の直径と長さによって変わる。
【００３５】
第１管路３００と第１容器４００よりなる第１フィルタＦＬ１の要素をｒ１，Ｌ１，Ｃ１とし、第２管路５００と第２容器６００よりなる第２フィルタＦＬ２の要素をｒ２，Ｌ２，Ｃ２とするとき、伝達関数Ｇ１及びＧ２は、次の（１）式及び（２）式で表される。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
図２は、図１の構成を電子回路による等価回路で示した機能ブロック図である。これらフィルタ手段ＦＬ１及びＦＬ２は、圧力変動信号導出手段１００からの信号Ｐｉを入力し、夫々の出力Ｐ１及びＰ２が差動センサで減算演算され、差圧測定信号ΔＰが出力される。
【００３８】
第１フィルタＦＬ１と第２フィルタＦＬ２は、遮断周波数の異なる２つのローパスフィルタであり、差動センサ１００はその差を出力するので、全体特性としてはバンドパスフィルタとなる。そのため、低周波信号成分と高周波信号成分を除去することができる。
【００３９】
図１の実施形態では、第１容器４００及び第２容器６００は、差圧センサ２００の入力部に直結されている一体構成を示しているが、第１容器４００及び第２容器６００の出力を適当なエアチューブを介して差圧センサ２００の入力部に接続する別体構成とすることも可能である。
【００４０】
図３は、本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成に比較したこの実施形態の特徴は、第１管路３００及び第２管路５００が夫々独立に圧力変動信号導出手段１００から圧力信号Ｐｉを取得している構成にある。
【００４１】
図４は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成に比較したこの実施形態の特徴は、圧力変動信号導出手段１００からの圧力信号Ｐｉを適当な長さを有するエアチューブ７００を経由して第１管路３００及び第２管路５００に入力している構成にある。
【００４２】
図５は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成に比較したこの実施形態の特徴は、第１管路３００及び第２管路５００の延長部を第１容器４００及び第２容器６００の中に形成せずに外部において必要長さを確保した構成にある。
【００４３】
図６は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成に比較したこの実施形態の特徴は、第１管路３００及び第２管路５００が夫々独立に圧力変動信号導出手段１００から圧力信号Ｐｉを取得している構成にある。
【００４４】
図７は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の構成に比較したこの実施形態の特徴は、フィルタ手段は、１個の所定長の管路３００と、この管路に接続される１個の所定容積の容器４００よりなり、差圧センサ２００の一方の入力部はこのフィルタ手段の出力を受け、他方の入力部はエアチューブ７００を介して圧力変動信号導出手段１００から圧力信号Ｐｉを直接受ける構成にある。
【００４５】
図８は、図７の構成を電子回路による等価回路で示した機能ブロック図である。フィルタ手段ＦＬ１は、圧力変動信号導出手段１００からの信号Ｐｉを入力し、その出力Ｐ１及び圧力変動信号導出手段１００からの出力Ｐ２が差動センサで減算演算され、差圧ΔＰが出力される。
【００４６】
フィルタＦＬ１はローパスフィルタであり、差動センサ１００はその出力Ｐ１と圧力変動信号導出手段１００からの出力Ｐｉの差を出力するので、全体特性としてはハイパスフィルタとなる。そのため、低周波信号成分を除去することができる。
【００４７】
図７の実施形態では、容器４００は差圧センサ２００の入力部に直結されている一体構成を示しているが、容器４００の出力を適当なエアチューブを介して差圧センサ２００の入力部に接続する別体構成とすることも可能である。
【００４８】
図９は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図７の構成に比較したこの実施形態の特徴は、管路３００及びエアチューブ７００が夫々独立に圧力変動信号導出手段１００から圧力信号Ｐｉを取得している構成にある。
【００４９】
図１０は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図７の構成に比較したこの実施形態の特徴は、延長用のエアチューブ８００をエアチューブ７００の前段に設けてフィルタ手段と差圧センサを遠隔点に設置した構成にある。
【００５０】
図１１は、本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。図７の構成に比較したこの実施形態の特徴は、差圧センサ２００の一方の入力部がエアチューブ７００を介して容器４００に接続され、他方の入力部は、圧力変動信号出手段１００に直結されている構成にある。
【００５１】
この構成の変形として、差圧センサ２００の一方の入力部がエアチューブ７００を介さないで直接容器４００に接続した一体構成であってもよい。
【００５２】
特許文献１の図４及び非特許文献１のＦｉｇ５には、コンデンサマイクロフォンによる高感度の圧力センサの構成が開示されている。図１２は、これら文献に開示されたコンデンサマイクロフォン構成を基本にした本発明に適用可能な差圧センサ２００の構成例を示す断面図である。
【００５３】
差圧センサ２００の筐体内部は、可撓性の金属受圧膜２０１により、圧力Ｐ１を受ける第１室２０２及び圧力Ｐ２を受ける第２室２０３に仕切られている。金属受圧膜２０１に近接対向して金属固定電極２０４が配置されており、圧力Ｐ１とＰ２の差で撓む金属受圧膜２０１と金属固定電極２０４間の容量変化がＦＥＴ等の高入力インピーダンス増幅手段２０５により電気信号に変換されて圧力差ΔＰが出力される。
【００５４】
本発明に適用用可能な高感度の差圧センサとしては、コンデンサマイクロフォンに限らず、ピエゾフィルムの使用も可能である。
【００５５】
以上説明した実施形態は、除去又は抑制するノイズ対象がロードノイズ及び体動の場合を説明したが、じょくそう予防用具、体位変換器の動作時に発生する音の影響、周囲の音響機器等から発生する音の影響等も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用した生体情報検出装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の構成を電子回路による等価回路で示した機能ブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図８】図７の構成を電子回路による等価回路で示した機能ブロック図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１１】本発明の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１２】本発明に適用可能な差圧センサの構成例を示す断面図である。
【図１３】特許文献１に開示されている従来の情報検出装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図１４】非特許文献１に示されている生体情報検出システム及び信号波形図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００  圧力変動信号導出手段
２００  差圧センサ
３００  第１管路
３００ａ  延長部
４００  第１容器
５００  第２管路
５００ａ  延長部
６００  第２容器
【図１】
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【図２】
2006218068.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006218068.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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